KR101935795B1 - Method for Preparing Fuel Oil Blends Having Reduced Viscosity Using Cashew Nutshell Liquid - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 캐슈넛(Anacardium occidentale L.) 쉘 오일을 이용하여 감소된 점도를 갖는 중유 블렌드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 캐슈넛 쉘 오일과 함께 다른 성상의 바이오매스-유래 원료를 함께 공급원료로 사용하여 캐슈넛 쉘 오일로부터 유래된 바이오중유를 석유계 중유와 혼합하여 감소된 점도를 갖는 중유 블렌드를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an anti- occidentale L.) relates to a process for producing the oil-in-water blend having a reduced viscosity by the Shell Oil. More particularly, the present invention relates to a process for the preparation of a heavy oil blend having reduced viscosity by mixing biofuel heavy oil derived from cashew nut shell oil with petroleum heavy oil using cashew nut shell oil together with other biomass- And a method for manufacturing the same.
최근 지구온난화 및 기후변화에 대한 우려는 화석연료 사용에 대한 우려와 탄소세 도입, 신재생에너지 의무발전 제도 등 화석연료의 사용에 대한 억제가 가해지고 있고, 신재생에너지 보급 확대를 위한 정책 추진은 저탄소 녹색성장 기조를 바탕으로 강력하게 진행되고 있으며, 최근 유가 불안정과 화석연료의 고갈, 환경문제 등이 대두되면서 바이오연료가 새로운 신재생 에너지원으로 부각되고 있다. Concerns about global warming and climate change have been hampered by concerns about fossil fuel use, the introduction of carbon tax and the mandatory development of new and renewable energy, and the promotion of policies to expand the use of fossil fuels, As bio-fuels are emerging as a new and renewable energy source due to the recent instability of oil prices, depletion of fossil fuels, and environmental problems.
이와 관련하여, 바이오에너지는 화석연료에 비하여 환경 오염물질의 배출이 적어 현대 사회에서 요구하는 환경 친화형 에너지로서 주목받고 있다. 바이오에너지는 석탄, 석유 등의 현재 사용하고 있는 에너지에 비해 약 1.5-2배 이상 생산단가가 높다는 단점이 있기는 하나, 환경오염에 따른 사회 간접비용 증가 및 에너지 안보 등을 고려할 때 바이오에너지의 보급 필요성이 부각되고 이를 충분히 인식한 미국, EU, 일본 등 선진국에서는 바이오에너지 보급을 늘리기 위해 적극적인 지원 정책을 마련 시행하고 있다. 그 결과, 전 세계적으로 바이오에너지 보급은 활성화되고 있으며, 장래에도 지속적으로 증가할 것으로 전망된다.In this regard, bioenergy is attracting attention as an environmentally friendly energy demanded by modern society because of less environmental pollutants emission than fossil fuel. Bio-energy has a disadvantage that it costs about 1.5-2 times higher than the current energy used by coal and petroleum. However, considering the increase in social indirect costs due to environmental pollution and energy security, In developed countries such as the US, EU, and Japan, which are well aware of the necessity, they are actively implementing support policies to increase bio-energy supply. As a result, the spread of bioenergy around the world is being activated, and it is expected to continue to increase in the future.
특히, 국내에서는 2012년부터 신재생에너지 공급 의무화제도(RPS, Renewable Portfolio Standard)가 시행 중에 있는 바, 상기 제도는 일정 규모 이상의 발전 설비를 보유한 사업자가 총 발전량의 일정량 이상을 신재생에너지로 공급하는 것을 요구하고 있다. 이러한 상황 변화에 따라 발전소에서는 RPS 의무공급량 이행을 위해 다양한 에너지원을 활용하고 있으며, 이중 바이오중유(bio-fuel oil)가 관심을 받고 있다. 이러한 바이오중유는 신재생에너지로서 종래의 중유를 바이오중유로 일부 대체하여 생산하는 발전 비율에 따라 신재생 에너지 공급인증서를 받고 있다. 또한, 수송부문에서는 신재생에너지 연료 혼합 의무화 제도(RFS, renewable fuel standard)가 시행 중에 있고, 열(난방)부문에서는 신재생열원 공급의무화 제도(RHO, renewable heat obligation)를 도입할 것을 검토 중이다.In particular, in Korea, the Renewable Portfolio Standard (RPS) is being implemented since 2012, and the above system is based on the assumption that operators with generation facilities above a certain level will supply more than a certain amount of total generation capacity as renewable energy . As a result of these changes, power plants are using various energy sources to fulfill the obligatory supply of RPS, and bio-fuel oil is attracting attention. These biofuel oils are new and renewable energy, and they receive a renewable energy supply certificate according to the power generation rate in which conventional heavy oil is partially replaced with biofuel. In the transport sector, renewable fuel standards (RFS) are underway and in the heating sector, renewable heat obligation (RHO) is under consideration.
이와 관련하여, 바이오중유는 통상적으로 동·식물성유지(폐식용유 제외), 지방산 메틸(에틸) 에스테르 또는 이둘을 혼합하여 품질 기준에 맞게 생산한 제품을 지칭한다. 석유제품인 C 중유는 구성성분이 파라핀, 나프텐, 올레핀, 방향족 등인 반면, 바이오중유는 주성분이 트리글리세라이드(triglyceride), 지방산, 지방산 메틸(에틸) 에스테르 등이다. 바이오중유는 C 중유 대비 이중결합이 많고 산소를 함유하고 있으므로 산화안정성이 낮고 반응성이 높아 고무 재료를 팽윤시키고 흡습성이 높은 특성을 갖고 있다. 또한, 바이오중유의 원료의 지방산 조성에 따라 저온 특성이 바람직하지 않고, 종래의 C 중유와는 달리 특이한 냄새를 유발하기도 한다. In this connection, biofuel refers to a product which is produced by mixing a mixture of vegetable oil (except edible oil) and fatty acid methyl (ethyl) ester, or both. C oil, a petroleum product, is composed of paraffin, naphthene, olefin, aromatic, etc., while biofuel is mainly composed of triglyceride, fatty acid and fatty acid methyl (ethyl) ester. The biofuel has a high oxidation resistance and a high reactivity because it contains a large amount of double bonds and oxygen as compared with the C oil, and has a high hygroscopic property by swelling the rubber material. In addition, low-temperature characteristics are not preferable depending on the fatty acid composition of the raw material of the biofuel feedstock, and unlike the conventional C fuel oil, unusual odor is caused.
발전용 바이오중유 시범보급 고시 상의 품질 기준은 하기 표 1과 같다.The quality standards of the biofuel feedstock for power generation are as shown in Table 1 below.
바이오중유의 주요 원료는 통상적으로 바이오매스-유래 원료(트리글리세리드 및/또는 지방산 함유; 예를 들면 유채유, 야자유 등)로서 물리적으로 탈검/탈색/탈취통하여 정제 및 수득하고, 이를 화학적 정제공정 중의 탈검 및 염기 중화시킨 후에 분리된 비누분을 산 처리하여 수득한 유분을 사용하고 있다. The main feedstock of biofuel feedstock is usually purified and obtained through biodegradation / decolorization / deodorization as biomass-derived feedstocks (containing triglycerides and / or fatty acids, such as rapeseed oil and palm oil) And the oil obtained by acid treatment of the separated soap component after base neutralization is used.
그러나, 바이오중유는 독자적인 원료로 사용하기 보다는 기존의 석유계 중유 또는 연료유의 첨가제로 사용하는 등의 방식으로 적용되고 있다. 예를 들면, 미국 HECO사는 팜유를 약 30 내지 70%로 혼합한 연료를 적용한 실증 평가를 완료하였는 바, 혼소율 증가에 따라 전반적으로 환경 특성을 개선한 것으로 평가되었으며, 핀란드의 바르질라사는 바이오 연료를 일부 설비를 개조한 디젤 엔진 발전용으로 활용하고 있다.However, biofuel feedstock is being used as an additive for conventional petroleum heavy oil or fuel oil rather than being used as an independent raw material. For example, US HECO has completed an empirical evaluation using a mixture of about 30 to 70% of palm oil, and it was evaluated that the overall environmental characteristics were improved by increasing the mixing ratio. In the case of Farsi, Has been utilized for power generation of diesel engines that have been partially modified.
최근, 바이오중유의 원료로서 기존에 연구되었던 바이오매스-유래 원료를 대체하여 비교적 저가이면서 풍부한 량으로 얻을 수 있는 캐슈넛 쉘 오일(Cashew Nutshell Liquid; CNSL)을 활용하고자 하는 노력이 이루어지고 있다(예를 들면, 국내특허번호 제1778056호 등).In recent years, efforts have been made to utilize Cashew Nutshell Liquid (CNSL), which can be obtained at relatively low cost and in abundance in place of biomass-derived raw materials that have been studied as raw materials for biofuel feed oil Korean Patent No. 1778056, etc.).
캐슈넛 쉘 오일은 캐슈 나무에 결실하는 열매를 얻는 공정에서 부산물로 얻어지는 페놀계 지질로서 베트남, 인도, 나이지리아, 코트디부아르, 브라질 등에서 비교적 많은 량이 생산되고 있다. 캐슈넛 쉘 오일의 주성분은 아나카드산, 카다놀 및 카돌로서 곁사슬의 탄소수는 15이다.Cashew nut shell oil is a phenol-based lipid obtained as a by-product in the process of obtaining fruit that is lost in cashew trees, and relatively large quantities are produced in Vietnam, India, Nigeria, Cote d'Ivoire and Brazil. The main components of cashew nut shell oil are anacadic acid, cardanol and carol, and the side chain has 15 carbon atoms.
캐슈넛 쉘 오일은 전형적으로 추출 방식으로 얻어지는 바, 세척, 건조, 분쇄 등의 전처리 과정을 거친 후에 추출하게 된다. 이때, 추출 용매로서 헥산 및/또는 메탄올을 사용하거나, 초임계 이산화탄소를 이용하기도 한다. 그러나, 캐슈넛 쉘 오일을 이용하여 제조된 바이오중유는 전술한 규격을 대부분 충족하기는 하나, 요오드가는 대략적으로 210 내지 240g/100g 범위로서 상당히 높은 수준이다. 요오드가는 발전소, 수송차량의 엔진의 산화력을 측정하는 지표로서 산화력이 높을수록 엔진이 부식되는 경향을 나타내므로 장기적으로 엔진의 안정성에 문제를 유발하게 된다.Cashew nut shell oil is typically obtained by extraction, and is extracted after a pretreatment such as washing, drying, and grinding. At this time, hexane and / or methanol may be used as an extraction solvent, or supercritical carbon dioxide may be used. However, although the biofuel oil produced using the cashew nut shell oil meets most of the above-mentioned specifications, the iodine value ranges from approximately 210 to 240 g / 100 g, which is quite high. The iodine value is an index for measuring the oxidizing power of the engine of a power plant or a transportation vehicle. The higher the oxidizing power, the more the engine tends to corrode, which causes a problem in the stability of the engine in the long term.
한편, 석유계 중유, 구체적으로 연료유(fuel oil)의 경우, 역청 및/또는 아스팔텐을 다량으로 함유하고 있는 바, 이를 파이프 등을 통하여 이송할 경우에는 높은 점도로 인하여 이송에 요구되는 에너지의 투입량이 불가피하게 증가하며, 또한 이송한다 해도 파이프의 폐색(clogging) 현상을 유발한다. 이러한 현상을 완화시키기 위하여 용매를 첨가하는 방법이 알려져 있으나, 아스팔텐은 다양한 종류의 다환방향족 성분으로 이루어져 있고, 극성을 나타내기 때문에 적합한 용매를 선정하기 곤란하고, 설령 용매를 첨가한다 해도 안정성 문제로 인하여 층 분리 현상 등이 일어나는 문제점이 유발된다.On the other hand, petroleum heavy oil, specifically fuel oil, contains a large amount of bitumen and / or asphaltenes, and when it is transported through a pipe or the like, the energy required for transportation The amount of injection is inevitably increased, and even if the transfer is carried out, it causes clogging of the pipe. Although a method of adding a solvent to mitigate this phenomenon is known, it is difficult to select a suitable solvent because the asphaltene is composed of various kinds of polycyclic aromatic components and exhibits polarity, and even if a solvent is added, stability problems Thereby causing problems such as layer separation phenomenon.
본 개시 내용의 일 구체예에서는 캐슈넛 쉘 오일을 기반으로 하는 바이오매스-유래 공급원료로부터 보다 개선된 성상을 갖는 바이오중유를 제조하고, 이를 이용하여 석유계 중유의 점도를 저감하는 방안을 제공하고자 한다. In one embodiment of the present disclosure, there is provided a method for producing a biofuel heavy oil having improved properties from a biomass-derived feedstock based on cashew nut shell oil, and using the same to reduce the viscosity of petroleum heavy oil .
본 개시 내용의 일 구체예에 따르면, According to one embodiment of the present disclosure,
캐슈넛 쉘 오일을 이용하여 바이오중유를 제조하는 단계; 및Producing biofuel heavy oil using cashew nut shell oil; And
0.9 내지 1.2의 비중을 갖는 석유계 중유에 상기 바이오중유를 석유계 중유 기준으로 10 내지 30 중량%의 량으로 첨가하여 혼합하는 단계;Adding the biofuel heavy oil to petroleum heavy oil having a specific gravity of 0.9 to 1.2 in an amount of 10 to 30% by weight based on petroleum heavy oil;
를 포함하는 중유 블렌드의 제조방법으로서,A method for producing a heavy oil blend,
여기서, 상기 석유계 중유는 5 내지 20 중량%의 아스팔텐의 함량, 최대 7 중량%의 황 함량(ASTM D4294), 70 내지 1300 mm2/s의 점도(ASTM D445), 적어도 30℃의 인화점(ASTM D92), 그리고 최대 30℃의 유동점(ASTM D97)을 갖고,(ASTM D4294), a viscosity of 70 to 1300 mm2 / s (ASTM D445), a flash point of at least 30 DEG C (ASTM D445) D92), and a pour point of up to 30 DEG C (ASTM D97)
상기 바이오중유를 제조하는 단계는,Wherein the step of preparing the biofuel feedstock comprises:
a) 캐슈넛 쉘 오일 60 내지 85 중량% 및 동식물성 지방산 원료 40 내지 15 중량%를 포함하는 혼합물 형태의 바이오매스-유래 공급원료를 제공하는 단계;a) providing a biomass-derived feedstock in the form of a mixture comprising 60 to 85% by weight of a cashew nut shell oil and 40 to 15% by weight of said vegetable fatty acid feedstock;
b) 상기 바이오매스-유래 공급원료를 반응조에 투입하고, 이와 별도로 상기 바이오매스-유래 공급원료를 약품조로부터 반응조로 공급된 촉매-함유 알코올계 반응물과 70 내지 90℃의 온도에서 0.8 내지 2 시간 동안 교반 하에 반응시키는 단계;b) feeding the biomass-derived feedstock into the reaction vessel and separately feeding the biomass-derived feedstock to the reaction vessel with the catalyst-containing alcohol-based reactant fed to the reactor from the chemical bath at a temperature of from 70 to 90 DEG C for from 0.8 to 2 hours Lt; / RTI > under stirring;
c) 상기 단계 b)로부터 얻어진 반응 생성물을 침전조로 이송하여 적어도 15 시간에 걸쳐 침전시키는 방식으로 바이오중유를 포함하는 상층액 및 불순물의 응집물을 함유하는 하층액으로 층 분리하는 단계;c) separating the reaction product obtained from the step b) into a sedimentation tank and precipitating the precipitate over at least 15 hours into a supernatant containing biofluid and an aggregate of impurities;
d) 상기 침전조로부터 하층액을 분리하여 슬러지 탱크로 이송하여 처리하는 한편, 상기 상층액을 진공 탱크로 이송하여 상층액 내 수분 및 잔류 용매를 제거하여 정제하는 단계; 및d) separating the lower layer liquid from the settling tank and transferring the lower layer liquid to the sludge tank, and transferring the upper layer liquid to a vacuum tank to remove water and remaining solvent in the upper layer liquid and purifying the same; And
e) 상기 단계 d)에서 정제된 상층액을 바이오중유로서 회수하는 단계;e) recovering the supernatant purified in step d) as biofuel;
를 포함하며,/ RTI >
상기 단계 a)에 앞서 동식물성 지방산 원료를 수첨 처리하는 단계를 수행하고, 이때 상기 수첨처리 단계는 수소화 금속으로서 Pt, Pd, Ni, Fe, Cu, Cr, V, Co, Mo 및 W로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나, 그리고 무기산화물 지지체로서 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 지르코니아, 세리아, 티타니아 및 제올라이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 수소화 촉매의 존재 하에서 수행되며, 그리고 상기 수첨처리 단계는 150 내지 350℃의 반응온도, 5 내지 180 bar의 수소 압력 및 10 내지 5000 Nm3/m3의 GOR에서 수행되며,Wherein the hydrogenation step comprises the step of hydrotreating the vegetable fatty acid raw material prior to step a), wherein the hydrogenation step comprises the steps of: And at least one selected from the group consisting of alumina, silica, silica-alumina, zirconia, ceria, titania and zeolite as the inorganic oxide support, and the hydrotreating step was at a reaction temperature of 150 to 350 ℃, hydrogen pressure of 5 to 180 bar and from 10 to 5000 Nm 3 / m 3 GOR,
상기 수첨 처리된 동식물성 지방산 원료는 분자 내 이중결합의 수가 1 이하인 탄소수 8 내지 24의 지방산 또는 이의 혼합물을 적어도 50 중량% 함유하고, 촉매-함유 알코올계 반응물은 상기 바이오매스-유래 공급원료 100 중량부를 기준으로 탄소수 1 내지 3의 저급 알코올 7 내지 9 중량부, 산 촉매 0.1 내지 1 중량부, 및 응집제 0.05 내지 0.5 중량부를 포함하며, The hydrogenated plant-derived fatty acid raw material contains at least 50 wt% of a fatty acid having 8-24 carbon atoms in the molecule and 8-24 carbon atoms having a double bond or a mixture thereof and the catalyst-containing alcohol-based reactant contains 100 wt% of the biomass- 7 to 9 parts by weight of a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms, 0.1 to 1 part by weight of an acid catalyst, and 0.05 to 0.5 part by weight of a flocculant,
상기 바이오중유는 최대 100 g/100g의 요오드가를 갖고, 그리고The biofuel has up to 100 g / 100 g of iodine value, and
상기 중유 블렌드는 상기 석유계 중유에 비하여 적어도 15 mm2/s 감소된 점도를 갖는 중유 블렌드의 제조방법이 제공된다.Wherein said heavy oil blend has a reduced viscosity of at least 15 mm < 2 > / s compared to said petroleum heavy oil.
본 개시 내용의 구체예에 따른 감소된 점도를 갖는 중유의 제조방법은 종래의 캐슈넛 쉘 오일 기반의 바이오중유가 규격, 특히 요오드가 규격을 충족하지 못하는 한계를 효과적으로 극복할 수 있는 바이오중유를 제조하고, 이를 석유계 중유에 첨가함으로써 점도 특성이 개선된 중유 블렌드를 제조할 수 있는 장점을 제공한다. The method of manufacturing heavy oil having a reduced viscosity according to a specific example of the present disclosure includes the steps of manufacturing biofuel heavy oil which can effectively overcome the limit of the conventional oil fat based on cashew nut shell oil, , And adding it to petroleum heavy oil provides an advantage that a heavy fuel oil blend having improved viscosity characteristics can be produced.
따라서, 향후 광범위한 상용화가 기대된다.Therefore, wide commercialization is expected in the future.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따라 캐슈넛 쉘 오일을 이용한 고품질의 바이오중유를 제조하기 위한 일련의 과정을 개략적으로 보여주는 공정 순서도이다. 1 is a process flow diagram schematically showing a series of processes for producing high quality biofuel using cashew nut shell oil according to one embodiment of the present invention.
본 발명은 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 개별 구성에 관한 세부 사항은 후술하는 관련 기재의 구체적 취지에 의하여 적절히 이해될 수 있다.The present invention can be all accomplished by the following description. The following description should be understood to describe preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not necessarily limited thereto. It is to be understood that the accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention and are not to be construed as limiting the present invention. The details of the individual components may be properly understood by reference to the following detailed description of the related description.
본 명세서에 있어서 사용되는 용어는 하기와 같이 정의될 수 있다.The terms used in this specification can be defined as follows.
"인화점(Flash point)"은 일반적으로, 물질 또는 조성물, 전형적으로는 유체가 얼마나 용이하게 점화 또는 연소될 수 있는지를 지시하는 물성이다. 상대적으로 높은 인화점을 갖는 연료는 상대적으로 낮은 인화점을 가진 물질보다 인화될 가능성이 적다. 인화점은 통상적으로 연료의 보관 및 수송 과정에서의 안전성과 관련이 있는 성능 지표로서 바이오매스-유래 중유의 경우, 석유계 중유에 비하여 통상적으로 높은 수준이다.A "flash point" is generally a physical property that indicates how easily a substance or composition, typically a fluid, can be ignited or burned. Fuel having a relatively high flash point is less likely to be printed than a material having a relatively low flash point. Flash point is a performance index normally associated with safety in the storage and transportation of fuels, and is typically higher than that of petroleum heavy oil in the case of biomass-derived heavy fuels.
"점도(Viscosity)"는 유체의 끈끈한 정도를 나타내는 물리적 특성으로서 연료의 이송 및 버너에서의 분무 특성에 관련된 지표이다. 점도는 탄화수소의 탄소수가 증가할수록, 또한 포화 탄화수소일수록 증가하는 바, 바이오중유는 이중결합이 많기 때문에 통상적으로 석유계 중유에 비하여 점도가 낮은 특성을 갖는다."Viscosity" is a physical characteristic that indicates the degree of stickiness of the fluid, and is an index related to the transfer of the fuel and the spray characteristics in the burner. As the carbon number of hydrocarbons increases and the saturated hydrocarbons increase, the viscosity of the biofuel is higher than that of the petroleum heavy oil because of the high double bond.
"잔류탄소분(Carbon residue)"은 연료를 열분해시키는 경우에 발생하는 코크스 상 탄화물의 비율을 나타내는 지표로서, 연료의 고비점 성분은 탄화물을 생성하는 경향을 갖는다. 잔류탄소분은 연소성을 평가하는 지표이며, 특히 연소실에서 생성되는 탄소의 량과 관계있다. 통상적으로, 바이오중유의 잔류탄소분이 석유계 중유에 비하여 낮은 수준이다."Carbon residue" is an indicator of the proportion of coke-like carbide that occurs when the fuel is pyrolyzed, and the high boiling point component of the fuel has a tendency to produce carbides. The residual carbon content is an index for evaluating the combustibility, particularly with respect to the amount of carbon produced in the combustion chamber. Generally, the residual carbon content of biofuel heavy oil is lower than that of petroleum heavy oil.
"회분(Ash content)"은 연료를 연소시키는 경우에 잔류하는 재 성분의 함량을 의미한다. 연소 시 유기물은 이산화탄소 및 물 등으로 산화되어 제거된 후에 잔류하는 무기 잔류물이 재 성분을 구성한다. 회분이 높을 경우에는 보일러 내부에 재 성분이 축적되어 유지 관리 문제가 생기고, 이로 인한 입자상 물질(PM)의 배출도 증가될 수 있다."Ash content" means the amount of ash residue that remains when the fuel is combusted. During combustion, organic matter is oxidized and removed by carbon dioxide and water, and inorganic residue remaining after the removal constitutes a re-constituent. If the ash is high, accumulation of ash components in the boiler may cause maintenance problems and the emission of particulate matter (PM) may be increased.
"동판부식(Copper strip corrosion)"은 연료가 산화되어 생성된 산성 물질이나 연료 중에 존재하는 황 화합물 및 산(지방산 등)이 연료 계통의 금속을 부식시키는 요인으로 작용하는 만큼, 동판부식 테스트를 수행하여 금속 부식의 정도를 지시하는 지표로 활용한다."Copper strip corrosion" is a copper corrosion test, since sulfur compounds and acids (such as fatty acids) present in the acidic substance or fuel produced by oxidation of the fuel act as a factor of corrosion of the metal of the fuel system. And is used as an index indicating the degree of metal corrosion.
"전산가(Acid number)"는 연료 내 산화물이 증가함에 따라 높아지는 지표로서, 바이오연료의 경우에는 이중결합이 존재하기 때문에 파라핀계 탄화수소를 주성분으로 하는 석유계 연료에 비하여 산화반응이 일어나기 쉽다. 저장 중 산화에 의하여 유리 지방산 함유량이 많게 되면 연료 공급계통의 재질을 부식시키며, 동점도의 상승 등과 같이 연료 품질을 악영향을 미쳐 산화 반응을 촉진하기 때문에 산가는 낮을수록 바람직할 수 있다. 특히, 바이오중유는 경제성 확보 등을 위하여 산가가 높은 저급의 동·식물성 유지류를 원료로 사용하므로 전산가 관리가 더욱 중요하다.The "Acid number" is an index that increases as the oxide in the fuel increases. In the case of biofuels, oxidation reactions are more likely to occur than petroleum-based fuels based on paraffinic hydrocarbons because of the presence of double bonds. If the content of free fatty acid is increased by oxidation during storage, the material of the fuel supply system is corroded, and fuel quality is adversely affected, such as an increase in kinematic viscosity, thereby promoting the oxidation reaction. Especially, biofuel oil is more important to control the computer company because it uses low-grade copper and vegetable oils with high acid value as a raw material in order to secure economical efficiency.
"요오드가(Iodine value)"는 지방산에 존재하는 이중결합을 깨고 요오드가 결합하는 정도를 나타내는 지표로서, 구체적으로 유지 100 g에 흡수되는 불포화 지방산 내 이중결합과 결합하는 요오드의 g수로 나타낸다. 요오드가는 엔진의 산화력을 측정하는 지표로서, 산화력이 높을수록 엔진이 부식화되어 장기적으로 엔진의 안정성에 문제가 발생할 수 있다."Iodine value" is an index indicating the degree of binding of iodine by breaking a double bond present in a fatty acid. Specifically, it is represented by the number of gods of iodine bound to a double bond in an unsaturated fatty acid absorbed in 100 g of fat. The iodine value is an index for measuring the oxidizing power of the engine. The higher the oxidizing power, the more corrosive the engine may cause the stability of the engine in the long term.
캐슈넛Cashew nut 쉘 오일을 이용하여 제조된 Manufactured using shell oil 바이오중유Bio fuel oil
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따라 캐슈넛 쉘 오일을 이용한 고품질의 바이오중유를 제조하기 위한 일련의 과정을 개략적으로 보여주는 공정 순서도이다.1 is a process flow diagram schematically showing a series of processes for producing high quality biofuel using cashew nut shell oil according to one embodiment of the present invention.
본 구체예에 따르면, 먼저 캐슈넛 쉘 오일 및 동식물성 지방산 원료를 각각 별도로 저장하는 원료탱크로부터 각각의 공급원료를 반응조로 이송하여 투입하게 된다.According to this specific example, first, each feedstock is transferred from a feedstock tank separately storing the cashew nut shell oil and the vegetable fatty acid feedstock to the reaction tank.
캐슈넛 쉘 오일(CNSL)은 천연 캐슈넛 쉘 오일 및 케크니컬 캐슈넛 쉘 오일 형태일 수 있는 바, 구체적으로는 천연 캐슈넛 쉘 오일일 수 있다. Cashew nut shell oil (CNSL) may be in the form of natural cashew nut shell oil and cannulated cashew nut shell oil, specifically natural cashew nut shell oil.
예시적 구체예에 있어서, 천연 캐슈넛 쉘 오일을 이를 구성하는 주 화합물은 하기 일반식 1 내지 3로 표시될 수 있다.In an exemplary embodiment, the natural compound of cashew nut shell oil may be represented by the following general formulas (1) to (3).
상기 일반식 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 캐슈넛 쉘 오일의 주성분은 방향족 고리에 장쇄의 지방족 탄화수소가 연결되어 있는 바, 이때 지방족 탄화수소는 탄소수 약 10 내지 25, 구체적으로 탄소수 약 12 내지 20, 보다 구체적으로 탄소수 약 15 내지 18의 범위일 수 있다. 특히, 분자 내에 2 이상의 이중 결합을 함유하는 성분을 상당량 함유하고 있다. As shown in the above general formulas 1 to 3, the main component of the cashew nut shell oil is a long chain aliphatic hydrocarbon bonded to an aromatic ring, wherein the aliphatic hydrocarbon has about 10 to 25 carbon atoms, specifically about 12 to 20 carbon atoms, To about 15 to 18 carbon atoms. In particular, it contains a large amount of a component containing two or more double bonds in the molecule.
이와 관련하여, 예시적 구체예에 따르면, 천연 캐슈넛 쉘 오일 내 아나카드산은 약 60 내지 90 중량%(구체적으로 약 65 내지 85 중량%), 카다놀 약 3 내지 7 중량%(구체적으로 약 4 내지 6 중량%), 카돌 약 15 내지 30 중량%(구체적으로 약 17 내지 25 중량%) 및 밸런스 성분 약 1 내지 5 중량%(구체적으로 약 2 내지 4 중량%) 범위의 조성으로 이루어질 수 있다.In this regard, according to exemplary embodiments, the anacad acid in the natural cashew nut shell oil may be present in an amount of about 60 to 90 wt% (specifically about 65 to 85 wt%), about 3 to 7 wt% 6 wt.%), About 15 to 30 wt.% (Specifically about 17 to 25 wt.%) Of a chaldehyde and about 1 to 5 wt.% (Specifically about 2 to 4 wt.%) Of a balance component.
한편, 테크니컬 캐슈넛 쉘 오일의 경우, 카다놀 약 45 내지 60 중량%(구체적으로 약 48 내지 55 중량%), 카돌 약 5 내지 20 중량%(구체적으로 약 8 내지 15 중량%), 고분자 성분 약 20 내지 35 중량%(구체적으로 약 25 내지 30 중량%), 그리고 기타 밸런스 성분을 포함할 수 있다.On the other hand, in the case of technical cashew nut shell oil, about 45 to 60 wt% (specifically about 48 to 55 wt%) of camanol, about 5 to 20 wt% (specifically about 8 to 15 wt%) of camol, To 35 wt% (specifically, about 25 to 30 wt%), and other balance components.
예시적 구체예에 따르면, 캐슈넛 쉘 오일을 얻기 위하여 유기 용매(예를 들면, 헥산 및/또는 메탄올)을 이용할 수 있다. 택일적으로 초임계수를 이용한 추출을 수행할 수도 있다.According to an exemplary embodiment, an organic solvent (e. G., Hexane and / or methanol) may be used to obtain a cashew nut shell oil. Alternatively, extraction using supercritical water may be performed.
일 예로서, 캐슈넛 쉘을 수득한 후에 함유된 수분을 제거하기 위하여 건조시켜 약 5 내지 10% 중량을 감소시킨 후에 추출 과정을 수행할 수 있다. 추출 시 캐슈넛 쉘 : 유기 용매의 체적 비는, 예를 들면 1 : 약 8 내지 12, 구체적으로 1 : 약 9 내지 11의 범위일 수 있다. As an example, after the cashew nut shell is obtained, the extraction process may be performed after drying to remove the contained moisture to reduce the weight by about 5-10%. The volume ratio of the cashew nut shell to the organic solvent at the time of extraction may be in the range of, for example, 1: about 8 to 12, specifically about 1: about 9 to 11.
또한, 경우에 따라서는 유기 용매에 의한 추출 및 초임계수에 의한 추출을 조합한 2 단계 추출을 수행할 수 있다. 일 예로서, 제1 단계에서는 유기 용매에 추출을 수행하고, 제2 단계에서는 초임계수를 이용한 추출을 수행할 수 있다. In some cases, a two-step extraction can be performed by combining extraction with organic solvent and extraction with supercritical water. As an example, extraction may be performed in an organic solvent in a first step, and extraction using supercritical water may be performed in a second step.
이와 별도로, 동식물성 지방산 원료를 준비하여 원료 탱크에 저장하고, 이를 반응조로 이송 또는 공급할 수 있다.Alternatively, the plant-derived fatty acid raw material may be prepared, stored in a raw material tank, and then transferred or supplied to the reaction tank.
본 구체예에 따르면, 동식물성 지방산 원료는, 예를 들면 트리글리세리드 및/또는 유리 지방산을 함유할 수 있는 바, 분자 내 이중결합의 수가 1 이하인 탄소수 8 내지 24(구체적으로 탄소수 10 내지 20, 보다 구체적으로 14 내지 18)의 지방산 또는 이의 혼합물을 적어도 약 50 중량%, 구체적으로 적어도 약 60 중량%, 보다 구체적으로 적어도 약 80 중량% 함유하는 종류를 사용할 수 있다. According to this specific example, the plant-derived fatty acid raw material may contain, for example, triglyceride and / or free fatty acid, and may contain 8 to 24 carbon atoms (specifically, 10 to 20 carbon atoms, more specifically, By weight of fatty acids or mixtures thereof, at least about 50% by weight, specifically at least about 60% by weight, more particularly at least about 80% by weight.
동물성 지방산 원료로서 생선 오일(fish oil), 소 기름, 돼지 기름, 양 기름, 버터 등을 예시할 수 있으며, 식물성 지방산 원료의 예로는 해바라기씨유, 캐놀라유, 야자유, 옥수수유, 면실유, 평지자유, 아마인유, 홍화씨유, 귀리유, 올리브유, 팜유, 땅콩유, 살구씨유, 아몬드유, 아보카도유, 올리브유, 동백유, 미강유, 면실유, 땅콩유, 호두유, 유채유, 쌀겨유, 아마씨유, 참깨유, 대두유, 피마자유, 코코아버터, 팜핵유 등을 포함할 수 있으며, 상술한 원료 성분을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. . Examples of raw materials of animal fatty acids include fish oil, small oil, lard, sheep oil, butter, etc. Examples of the vegetable fatty acid raw materials include sunflower oil, canola oil, palm oil, corn oil, cottonseed oil, Almond oil, avocado oil, olive oil, camellia oil, rice bran oil, cottonseed oil, peanut oil, horseradish oil, rape oil, rice bran oil, flaxseed oil, sesame oil, sesame oil, Oil, soybean oil, castor oil, cocoa butter, palm kernel oil and the like, and the above-mentioned raw material components may be used singly or in combination. .
캐슈넛 쉘 오일과 혼합 가능한 동식물성 지방산 원료의 예시적인 조성을 하기 표 2 및 3에 나타내었다.Exemplary compositions of raw vegetable fatty acid raw materials that can be mixed with cashew nut shell oil are shown in Tables 2 and 3 below.
버터 cocoa
butter
기름pig
Oil
이와 관련하여, 동식물성 지방산 원료 내에 특정 범위의 탄소수(즉, 8 내지 24)를 갖는 지방산 또는 이의 혼합물을 사용하는 이유는 캐슈넛 쉘 오일과 함께 원료로 사용하여 제조된 바이오연료가 중유 또는 연료유에 상당하는 비점 범위(예를 들면, 발전용 바이오중유의 경우에는 C 중유에 상당하는 비점 범위)를 갖도록 하기 위함이다. 지나치게 낮거나 높은 탄소수의 지방산 또는 이의 혼합물을 사용할 경우에는 중유에 요구되는 특성을 얻기 곤란하다. In this regard, the reason for using fatty acids or mixtures thereof within a certain range of carbon numbers (i.e., from 8 to 24) in the vegetable fatty acid feedstock is that the biofuel produced using the feed as a raw material with cashew nut shell oil is a heavy oil or a fuel oil equivalent (For example, a boiling range corresponding to C heavy oil in the case of biofuel heavy oil for power generation). When using an excessively low or high carbon number fatty acid or a mixture thereof, it is difficult to obtain properties required for heavy oil.
일 구체예에 따르면, 1종의 지방산에 의하여 전술한 요건을 충족할 수도 있고, 필요에 따라서는 2종 이상의 성분을 조합하여 전술한 바와 같이 분자 내 이중결합의 수가 1 이하인 특정 탄소수의 지방산의 함량 요건을 충족시킬 수 있는 것이다According to one embodiment, the above-mentioned requirements may be satisfied by one kind of fatty acid, and if necessary, two or more kinds of components may be combined to obtain the content of the fatty acid having a specific carbon number of 1 or less Be able to meet the requirements
1종 또는 2종 이상의 지방산 내에 이중 결합의 함량이 일정 수준을 초과할 경우, 선택적으로 반응조에 이송하기에 앞서 수첨 반응을 수행하여 분자 내에 과도하게 존재하는 이중 결합을 포화시킬 수 있다. 예를 들면, 수첨처리 반응 중 지방산에 함유된 이중결합의 적어도 약 10%, 구체적으로 적어도 약 50%, 보다 구체적으로 적어도 약 80%를 포화시킬 수 있으며, 특히 수첨처리를 통하여 지방산에 함유된 이중결합이 실질적으로 존재하지 않을 수 있다.When the content of the double bond in one or more kinds of fatty acids exceeds a certain level, the double bond existing in the molecule can be saturated by performing a hydrogenation reaction selectively before transferring to the reaction tank. For example, during the hydrotreating reaction, at least about 10%, specifically at least about 50%, and more particularly at least about 80% of the double bonds contained in the fatty acid may be saturated, and in particular, The bond may be substantially absent.
예시적 구체예에 따르면, 선택적인 수첨처리 반응은 당업계에서 알려진 수소화 촉매, 구체적으로, 수소화 금속으로서 주기율표 상의 6족, 8족, 9족, 10족, 11족 및 12족에서 선택되는 금속, 보다 구체적으로 Pt, Pd, Ni, Fe, Cu, Cr, V, Co, Mo, W 등으로부터 적어도 하나를 사용할 수 있다. 또한, 무기산화물 지지체, 구체적으로 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 지르코니아, 세리아, 티타니아, 제올라이트(예를 들면, Y 제올라이트(구체적으로, SAR 약 12 이상), 클레이, SAPO, AlPO 중 적어도 1종 이상의 지지체에 상기 금속 성분을 담지하여 사용할 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 촉매 내 수소화 금속의 함량은, 예를 들면 약 0.3 내지 5 중량%, 구체적으로 약 0.5 내지 3 중량%, 보다 구체적으로 약 0.8 내지 2 중량% 범위일 수 있다. 또한, 수첨처리 반응은, 예를 들면 반응온도 약 150 내지 350℃, 보다 구체적으로 약 270 내지 250℃), 수소 압력 약 5 내지 180 bar(보다 구체적으로 약 20 내지 100 bar), GOR(H2/feed ratio) 약 10 내지 5000 Nm3/m3(보다 구체적으로 약 300 내지 1000 Nm3/m3) 범위일 수 있다. According to an illustrative embodiment, the selective hydrotreating reaction is carried out in the presence of a hydrogenation catalyst known in the art, specifically a metal selected from Groups 6, 8, 9, 10, 11 and 12 of the periodic table as hydrogenation metals, More specifically, at least one of Pt, Pd, Ni, Fe, Cu, Cr, V, Co, Mo and W may be used. Also, at least one or more of an inorganic oxide support, such as alumina, silica, silica-alumina, zirconia, ceria, titania, zeolite (for example, Y zeolite (specifically, SAR about 12 or more), clay, SAPO, According to an exemplary embodiment, the content of hydrogenation metal in the catalyst is, for example, about 0.3 to 5% by weight, specifically about 0.5 to 3% by weight, more specifically about The hydrogenation reaction may be carried out at a reaction temperature of about 150 to 350 ° C, more specifically about 270 to 250 ° C), a hydrogen pressure of about 5 to 180 bar (more specifically about 20 to 100 bar) and a GOR (H 2 / feed ratio) of about 10 to 5000 Nm 3 / m 3 (more specifically about 300 to 1000 Nm 3 / m 3 ).
전술한 바와 같이 캐슈넛 쉘 오일과 함께 특정 조성을 갖는 동식물성 지방산 원료를 조합한 혼합물 형태의 바이오매스-유래 공급원료를 사용하는 이유는 캐슈넛 쉘 오일을 이용하여 제조되는 바이오중유의 물성 한계를 효과적으로 극복할 수 있기 때문이다.As described above, the reason for using the biomass-derived feedstock in the form of a mixture of the vegetable fatty acid raw material having a specific composition together with the cashew nut shell oil is to effectively overcome the physical limit of the bioheavy oil produced using the cashew nut shell oil It is because.
일 구체예에 따르면, 바이오매스-유래 공급원료는 캐슈넛 쉘 오일 약 60 내지 85 중량%, 구체적으로 약 65 내지 80 중량%, 보다 구체적으로 약 70 내지 75 중량%를 함유할 수 있다. 또한, 바이오매스-유래 공급원료 내 동식물성 지방산 원료의 함량은, 약 40 내지 15 중량%, 구체적으로 약 35 내지 20 중량%, 보다 구체적으로 약 30 내지 25 중량% 범위일 수 있다. 이와 관련하여, 동식물성 지방산 원료의 함량이 전술한 범위를 초과할 경우에는 캐슈넛 쉘 오일의 사용에 따른 장점을 도출하기 곤란할 뿐만 아니라, 캐슈넛 쉘 오일의 활용을 극대화하는 본 구체예의 취지에도 부합되지 않는다. 반면, 동식물성 지방산 원료의 함량이 전술한 범위에 미달할 경우에는 캐슈넛 쉘 오일 기반의 바이오중유가 갖는 단점, 특히 요오드가가 지나치게 높아 엔진의 부식 현상을 유발하는 등의 문제점을 해결할 수 없다.According to one embodiment, the biomass-derived feedstock may contain about 60 to 85 wt%, specifically about 65 to 80 wt%, more specifically about 70 to 75 wt%, of a cashew nut shell oil. In addition, the content of the vegetable fatty acid feedstock in the biomass-derived feedstock may range from about 40 to 15 wt%, specifically about 35 to 20 wt%, and more specifically about 30 to 25 wt%. In this connection, when the content of the vegetable fatty acid raw material exceeds the above-mentioned range, it is difficult to derive the merits of the use of the cashew nut shell oil as well as the purpose of this embodiment maximizing utilization of the cashew nut shell oil . On the other hand, when the content of the vegetable fatty acid raw material is less than the above range, problems such as the disadvantage of the bio-heavy oil based on the cashew nut shell oil, particularly, the excessive iodine value, cause the corrosion of the engine can not be solved.
도 1을 참조하면, 혼합물 형태의 바이오매스-유래 공급원료를 반응조에 투입하고, 이와 함께 또는 별도로 약품조로부터 바이오매스-유래 공급원료와 반응하는 촉매-함유 알코올계 반응물을 별도로 공급한다.Referring to FIG. 1, a biomass-derived feedstock in the form of a mixture is fed into a reactor and separately supplied with a catalyst-containing alcohol-based reactant reacting with the biomass-derived feedstock from the chemical bath.
이와 관련하여, 촉매-함유 알코올계 반응물은 탄소수 1 내지 3의 저급 알코올 7 내지 9 중량부, 산 촉매 0.1 내지 1 중량부, 및 응집제 0.05 내지 0.5 중량부를 포함한다. In this connection, the catalyst-containing alcoholic reactant comprises 7 to 9 parts by weight of a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms, 0.1 to 1 part by weight of an acid catalyst, and 0.05 to 0.5 part by weight of a flocculant.
구체적으로, 저급 알코올로서 메탄올, 에탄올 및 프로판올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있는 바, 보다 구체적으로는 메탄올을 사용할 수 있다. 이러한 저급 알코올은 바이오매스-유래 공급원료 내에 함유된 트리글리세리드 및/또는 지방산과 반응(예를 들면, 에스테르 교환반응 및/또는 에스테르화 반응)하여 지방족 알킬 에스테르를 생성할 수 있다. 이와 관련하여, 저급 알코올은 전술한 바이오매스-유래 공급원료 100 중량부를 기준으로, 약 7 내지 9 중량부, 구체적으로 약 7.5 내지 8.5 중량부로 사용될 수 있다. 저급 알코올의 사용량이 지나치게 많은 경우에는 향후 미반응된 알코올 성분이 생성물 내에 잔류하여 바이오중유의 물성 저하를 유발할 수 있는 한편, 저급 알코올의 사용량이 지나치게 적은 경우에는 바이오매스-유래 공급원료 내에 함유된 지방산 원료 성분이 생성물 내에 과량으로 잔류하여 바이오 중유의 수율을 저하시킬 뿐만 아니라, 물성 저하를 유발할 수 있다. Specifically, as the lower alcohol, at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol and propanol can be used. More specifically, methanol can be used. These lower alcohols can react with triglycerides and / or fatty acids contained in the biomass-derived feedstock to produce aliphatic alkyl esters (for example, by transesterification and / or esterification). In this regard, the lower alcohols can be used in about 7 to 9 parts by weight, specifically about 7.5 to 8.5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the biomass-derived feedstock. When the amount of the lower alcohol is excessively large, the unreacted alcohol component may remain in the product in the future, resulting in lowering of the physical properties of the biofuel. On the other hand, when the amount of the lower alcohol is excessively small, The raw material component is excessively remained in the product, which not only lowers the yield of bio-heavy oil but may also cause property deterioration.
한편, 산 촉매는, 전형적으로 균일 촉매일 수 있는 바, 예를 들면 황산, 설폰산, 인산, 염산, 파라톨루엔설폰산, 벤젠설폰산 등으로부터 적어도 하나가 선택될 수 있고, 구체적으로는 황산을 사용할 수 있다. 이와 관련하여, 산 촉매는 알코올에 의한 친핵성 공격을 유도하여 카르보닐기를 양성자화함으로써 반응을 촉진하는 역할을 한다. 일 구체예에 따르면, 산 촉매의 사용량은, 바이오매스-유래 공급원료 100 중량부를 기준으로, 약 0.1 내지 1 중량부, 구체적으로 약 0.2 내지 0.5 중량부 범위일 수 있다. 산 촉매의 사용량이 소정 범위를 벗어날 경우에는 불충분한 반응(에스테르교환 반응 및/또는 에스테르화 반을)을 야기하거나, 과도한 반응을 유발하여 바이오중유의 수율을 저하시킬 수 있기 때문에 전술한 범위로 조절하는 것이 유리하다.On the other hand, the acid catalyst may typically be a homogeneous catalyst, for example, at least one selected from sulfuric acid, sulfonic acid, phosphoric acid, hydrochloric acid, para toluenesulfonic acid, benzenesulfonic acid and the like, Can be used. In this connection, the acid catalyst promotes the reaction by inducing a nucleophilic attack by alcohol to protonate the carbonyl group. According to one embodiment, the amount of the acid catalyst used may range from about 0.1 to 1 part by weight, specifically about 0.2 to 0.5 part by weight, based on 100 parts by weight of the biomass-derived feedstock. If the amount of the acid catalyst used is outside the predetermined range, it may cause insufficient reaction (ester exchange reaction and / or esterification reaction) or cause excessive reaction to lower the yield of bio-heavy oil. .
도시된 구체예에 있어서, 촉매-함유 알코올계 반응물은 응집체를 함유할 수 있다. 이러한 응집제는 후술하는 바와 같이 바이오매스-유래 공급원료와 알코올계 반응물 간의 반응 생성물 내 불순물 등을 침전(precipitation) 또는 정치(settling)에 의하여 효과적으로 분리하기 위하여 사용된다. 예시적으로, 응집제는 황산 철, 황산알루미늄, 염화 철 및 염화알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 다만, 응집제의 사용량은 바이오매스-유래 공급원료 100 중량부를 기준으로, 약 0.05 내지 0.5 중량부, 구체적으로 약 0.07 내지 0.3 중량부, 보다 구체적으로 약 0.09 내지 0.2 중량부 범위로 사용 가능하다. 상술한 사용량 범위를 벗어날 경우에는 후속 침전 또는 상분리 과정에서 불순물을 충분히 분리하기 곤란하거나, 또는 반응 중에 과다한 응집을 유발하여 반응 효율을 저하시킬 수 있다.In the illustrated embodiment, the catalyst-containing alcohol-based reactant may contain aggregates. Such flocculants are used to effectively separate impurities in reaction products between the biomass-derived feedstock and alcohol-based reactants by precipitation or settling, as described below. Illustratively, the flocculant may be at least one selected from the group consisting of iron sulfate, aluminum sulfate, iron chloride and aluminum chloride. However, the amount of the flocculant to be used may be about 0.05 to 0.5 parts by weight, specifically about 0.07 to 0.3 part by weight, more specifically about 0.09 to 0.2 part by weight, based on 100 parts by weight of the biomass-derived feedstock. If the amount is outside the above-mentioned range, it may be difficult to sufficiently separate the impurities in the subsequent precipitation or phase separation process, or excess aggregation may occur during the reaction to lower the reaction efficiency.
한편, 촉매-함유 알코올계 반응물은 선택적으로 아세톤을 더 포함할 수 있는 바, 아세톤은 양성자성 용매로서 중간 범위의 극성을 갖고 있어 상대적으로 높은 극성을 갖는 알코올과 상대적으로 낮은 극성을 갖는 동식물성 지방산 원료 간의 혼화성을 증가시켜 용이하게 균일 시스템을 형성할 수 있도록 하여 반응 효율을 높일 수 있다. 이와 관련하여, 아세톤의 사용량은, 바이오매스-유래 공급원료 100 중량부를 기준으로, 예를 들면 약 0.05 내지 0.5 중량부, 구체적으로 약 0.07 내지 0.3 중량부, 보다 구체적으로 약 0.09 내지 0.2 중량부 범위로 사용 가능하다. 아세톤의 사용량이 상기 범위 미만에서는 의도하는 혼화성 효과를 달성하는데 한계가 있는 한편, 과량으로 사용할 경우에는 반응에 바람직하지 않은 영향을 줄 수 있다.On the other hand, the catalyst-containing alcohol-based reactant may further include acetone selectively. The acetone is a protic solvent having an intermediate range of polarity, and thus has an alcohol having a relatively high polarity and a relatively low polarity It is possible to increase the miscibility between the raw materials and easily form a uniform system, thereby increasing the reaction efficiency. In this connection, the amount of acetone to be used is, for example, about 0.05 to 0.5 parts by weight, specifically about 0.07 to 0.3 part by weight, more specifically about 0.09 to 0.2 part by weight, based on 100 parts by weight of the biomass- . When the amount of acetone used is less than the above range, there is a limit in achieving the intended miscibility effect, while an excessive amount of acetone may have an undesirable effect on the reaction.
반응조로 도입된 바이오매스-유래 공급원료와 촉매-함유 알코올계 반응물은 산 촉매의 존재 하에서 반응하여 바이오중유를 생성하게 된다. 이때, 반응은 약 70 내지 90℃, 구체적으로 약 75 내지 85℃, 보다 구체적으로 약 78 내지 82℃ 범위 내에서 조절될 수 있다. 온도는 반응에 영향을 미치는 요인으로서 최적의 반응을 도출하기 위하여는 전술한 온도 조건 범위 내에서 반응을 진행시키는 것이 유리하다. 또한, 반응은 교반 하에서 약 0.8 내지 2 시간, 구체적으로 약 0.9 내지 1.5 시간, 보다 구체적으로 약 1 내지 1,2 시간 동안 수행될 수 있다. The biomass-derived feedstock introduced into the reaction tank and the catalyst-containing alcohol-based reactant react in the presence of an acid catalyst to produce biofuel. At this time, the reaction can be controlled at a temperature of about 70 to 90 ° C, specifically about 75 to 85 ° C, more specifically about 78 to 82 ° C. The temperature is a factor affecting the reaction, and it is advantageous to proceed the reaction within the temperature range described above in order to obtain the optimum reaction. Further, the reaction may be carried out under agitation for about 0.8 to 2 hours, specifically about 0.9 to 1.5 hours, more specifically about 1 to 1,2 hours.
상술한 바와 같이 반응이 수행된 후, 반응 생성물은 침전조로 이송되는 바, 침전 또는 정치 방식으로 소정 시간 처리하여 바이오중유를 포함하는 상층액 및 불순물의 응집물을 함유하는 하층액으로 층 분리한다. 이때, 침전조 내 분리 시간은, 적어도 약 15 시간, 구체적으로 약 18 내지 30 시간, 보다 구체적으로 약 20 내지 25 시간 범위일 수 있다. 침전 또는 정치에 의한 분리 원리는 하기와 같다.After the reaction is carried out as described above, the reaction product is transferred to a settling tank, which is treated in a settling or stationary manner for a predetermined time to separate into a lower layer liquid containing an upper layer liquid containing bio-heavy oil and an aggregate of impurities. The separation time in the settling tank may be at least about 15 hours, specifically about 18 to 30 hours, more specifically about 20 to 25 hours. The principle of separation by precipitation or stagnation is as follows.
바이오중유 성분은 상대적으로 소수성을 나타내는 반면, 반응 시 바이오매스-유래 공급원료 내 미반응물 또는 부산물(예를 들면, 모노글리세리드, 디글리세리드 등)은 친수성을 나타낸다. 따라서, 상층액 내에는 바이오중유, 그리고 하층액 내에는 미반응물 또는 부산물이 농축된다. 또한, 바이오매스-유래 공급원료는 본질적으로 불순물로서 알칼리 금속, 인지질로부터 유래하는 인(P) 성분, 유통과정 중 혼합되는 실리콘 등의 금속성분 등의 무기물을 함유하고 있다. 따라서, 앞선 반응조 내에서의 반응 시 첨가된 응집제에 의하여 이러한 불순물을 응집시키는 바, 이는 하층액 내에 존재하게 된다. 이러한 하층액은 대략적으로 침전조 내에 존재하는 반응 생성물(액상) 중 약 5 내지 20 중량%, 구체적으로 약 7 내지 15 중량%, 보다 구체적으로 약 10 내지 12 중량%를 차지하게 된다. While the biofuel component is relatively hydrophobic, unreacted or by-products (e.g., monoglycerides, diglycerides, etc.) in the biomass-derived feedstock during reaction exhibit hydrophilicity. Therefore, biofuel oil is concentrated in the supernatant and unreacted or by-products are concentrated in the supernatant. In addition, the biomass-derived feedstock essentially contains an inorganic substance such as an alkali metal, a phosphorus (P) component derived from a phospholipid, and a metal component such as silicone mixed during the distribution process as an impurity. Therefore, the impurities are agglomerated by the coagulant added during the reaction in the preceding reaction tank, which is present in the lower layer liquid. Such a submerged solution will account for approximately 5 to 20 wt%, specifically about 7 to 15 wt%, more specifically about 10 to 12 wt% of the reaction product (liquid phase) present in the sedimentation tank.
상기의 점을 고려하여, 도시된 구체예에서는 하층액은 슬러지 탱크로 이송하는 한편, 상층액은 진공탱크로 이송한다.In view of the above, in the illustrated embodiment, the bottom layer liquid is transferred to the sludge tank while the top layer liquid is transferred to the vacuum tank.
슬러지 탱크에서는 미반응물 및 불순물을 다량 함유하는 하층액을 소정량 수집한 후에 당업계에서 알려진 방법에 따라 일부 성분(예를 들면, 미반응물)을 회수하는 처리 과정을 거치거나, 또는 폐기한다. 이와 관련하여, 미반응물을 회수하기 위하여는 전형적으로 용매 추출 방식을 이용할 수 있는 바, 극성 용매(예를 들면, 에틸아세테이트, 에탄올 또는 이의 혼합물)로 추출한 후에 용매 성분을 증류 등의 방식으로 분리 제거하고, 그 결과 분리된 미반응물은 다시 바이오매스-유래 공급원료의 저장조로 리사이클시킬 수 있다.In the sludge tank, after collecting a predetermined amount of a lower layer liquid containing a large amount of unreacted materials and impurities, some components (for example, unreacted materials) are recovered or discarded according to a method known in the art. In this regard, a solvent extraction method can typically be used to recover unreacted materials. After extraction with a polar solvent (for example, ethyl acetate, ethanol or a mixture thereof), the solvent component is separated and removed So that the separated unreacted material can be recycled back into the storage tank of the biomass-derived feedstock.
한편, 침전조에서 진공탱크로 이송된 상층액은 수분 및/또는 잔류 유기용매(구체적으로 알코올)을 상당량(예를 들면, 약 0.1 내지 10%, 구체적으로 약 1 내지 7% 수준) 함유하고 있다. 따라서, 진공탱크에서는 진공을 가하여 비교적 경질 성분인 수분을 목적 생성물인 바이오중유로부터 분리하게 된다. 이와 같이 수분이 제거된 바이오중유는 여과기를 거쳐 일부 혼입된 불순물을 제거하고, 바이오중유의 저장탱크로 이송되어 저장된다(바이오중유의 회수 단계).On the other hand, the supernatant transferred from the settling tank to the vacuum tank contains a considerable amount (for example, about 0.1 to 10%, specifically about 1 to 7%) of water and / or residual organic solvent (specifically alcohol). Therefore, a vacuum is applied to the vacuum tank to separate moisture, which is a relatively hard component, from bio-oil, which is a target product. In this way, the moisture removed from the biofuel feedstock is removed through a filter to partially remove the impurities, and is transferred to and stored in a biofuel feedstock storage tank (biofuel feedstock recovery step).
이와 같이 회수된 바이오 중유의 예시적인 성상은 하기와 같다.An exemplary characteristic of the recovered biofuel is as follows.
- 인화점: 적어도 약 120℃, 구체적으로 적어도 약 150℃, 보다 구체적으로 약 160 내지 190℃;- Flash point: at least about 120 캜, specifically at least about 150 캜, more specifically about 160 - 190 캜;
- 동점도(50℃): 약 20 내지 70 ㎟/s, 구체적으로 약 30 내지 60 ㎟/s, 보다 구체적으로 약 35 내지 50 ㎟/s;- a kinematic viscosity (50 캜): about 20 to 70 mm 2 / s, specifically about 30 to 60 mm 2 / s, more specifically about 35 to 50 mm 2 / s;
- 잔류탄소분: 최대 약 5 중량%, 구체적으로 최대 약 4 중량%, 보다 구체적으로 약 1 내지 3 중량%;- residual carbon content: up to about 5 wt%, specifically up to about 4 wt%, more specifically about 1 to 3 wt%;
- 전산가(㎎KOH/g): 최대 약 25, 구체적으로 최대 약 23, 보다 구체적으로 약 18 내지 21; 그리고- total acid number (mgKOH / g): up to about 25, specifically up to about 23, more specifically about 18 to 21; And
- 요오드가(g/100g): 최대 약 100, 구체적으로 최대 약 95, 보다 구체적으로 최대 약 90.- iodine (g / 100 g): up to about 100, specifically up to about 95, more specifically up to about 90.
특히, 주목할 점은 바이오중유의 요오드가가 종래의 캐슈넛 쉘 오일계 바이오중유의 요오드가(200 g/100g 이상) 수준에 비하여 현저히 감소된다는 것이다. 또한, 일반적으로 바이오중유는 석유계 중유 또는 연료유(예를 들면, C 중유) 대비 높은 전산가를 갖고 있으나, 반응에 의하여 저급 원료가 고부가화됨에 따라 전산가를 규격 미만으로 낮출 수 있다. 더욱이, 반응 과정에서 응집제의 사용, 침전조에 의한 분리 등을 통하여 무기계 불순물의 함량, 황 함량, 질소함량 등에 있어서도 규격을 충족할 수 있고, 발열량 역시 기존 석유계 중유에 요구되는 규격을 충족하는 장점을 제공한다. 이는 후술하는 바와 같이 석유계 중유와 혼합하여 전체적으로 개선된 성상의 중유를 제조하는데 기여한다.In particular, it should be noted that the iodine value of biofuel oil is significantly reduced compared to the level of iodine (200 g / 100 g or more) of conventional cashew nut shell oil-based biofuel. Generally, biofuel has a high computation cost compared to petroleum heavy oil or fuel oil (for example, C oil), but it is possible to lower the computation cost to below the specification as the low cost raw material is increased by the reaction. Furthermore, the use of coagulant in the reaction process, separation by sedimentation tank, etc. can meet specifications in terms of inorganic impurity content, sulfur content, nitrogen content, etc., and the calorific value also satisfies the specifications required for conventional petroleum heavy oil to provide. This, as will be described later, contributes to the production of a heavily modified heavy oil by mixing with petroleum heavy oil.
석유계 중유Petroleum heavy oil
본 구체예에 따르면, 전술한 바이오중유가 첨가되는 석유계 중유는 정유 공정으로 입수되는 탄화수소 유분일 수 있는 바, 예를 들면 약 0.9 내지 1.2, 구체적으로 약 0.95 내지 1.15, 보다 구체적으로 약 1 내지 1.1의 비중을 갖는 중질 유분이다. 특히, 석유계 중유 내 아스팔텐의 함량은 예를 들면 약 5 내지 20 중량%, 구체적으로 약 7 내지 15 중량%, 보다 구체적으로 약 8 내지 12 중량% 범위일 수 있다.According to this embodiment, the petroleum heavy oil to which the biofuel feedstock is added may be a hydrocarbon oil obtained in the refinery process, for example, about 0.9 to 1.2, specifically about 0.95 to 1.15, It is a heavy oil fraction with a specific gravity of 1.1. In particular, the content of asphaltenes in petroleum heavy oil can range, for example, from about 5 to 20 wt%, specifically about 7 to 15 wt%, more specifically about 8 to 12 wt%.
이외에도, 석유계 중유는 최대 약 7 중량%(구체적으로 약 0.2 내지 5 중량%, 보다 구체적으로 약 0.3 내지 4.5 중량%)의 황 함량(ASTM D4294), 약 70 내지 1300 mm2/s(구체적으로 약 80 내지 600 mm2/s, 보다 구체적으로 약 150 내지 550 mm2/s)의 점도(ASTM D445), 적어도 약 30℃(구체적으로 약 60 내지 250℃, 보다 구체적으로 약 80 내지 120℃)의 인화점(ASTM D92), 그리고 최대 약 30℃(구체적으로 약 -15 내지 20℃, 보다 구체적으로 약 -10 내지 15℃)의 유동점(ASTM D97)을 가질 수 있는 바, 연료유로서 적용이 가능한 성상을 갖고 있으나, 높은 비중 및 점도를 갖고, 특히 유동점이 높기 때문에 파이프 등을 통하여 이송하는 과정에서 폐색 현상을 유발하는 경향을 갖고 있다. In addition, the petroleum heavy oil has a sulfur content (ASTM D4294) of up to about 7 wt.% (Specifically about 0.2 to 5 wt.%, More specifically about 0.3 to 4.5 wt.%), About 70 to 1300 mm 2 / (ASTM D445) of at least about 80 to about 600 mm2 / s, more specifically about 150 to about 550 mm2 / s, at least about 30 DEG C (specifically about 60 to 250 DEG C, more specifically about 80 to 120 DEG C) ASTM D92) and a pour point (ASTM D97) of up to about 30 ° C (specifically about -15 to 20 ° C, more specifically about -10 to 15 ° C) However, it has a high specific gravity and viscosity, and has a tendency to cause occlusion in the process of transporting through a pipe or the like, due to its high pour point.
또한, 석유계 중유 내 질소 함량은, 예를 들면 약 4000 ppm 이하, 구체적으로 약 2000 ppm 이하일 수 있으며, 그리고 CCR(Conradson Carbon Residue; ASTM D4530)은 약 12 중량% 이하, 구체적으로는 약 10 중량% 이하일 수 있다.The nitrogen content in the petroleum heavy oil may be, for example, about 4000 ppm or less, specifically about 2000 ppm or less, and the CCR (Conradson Carbon Residue; ASTM D4530) may contain about 12 wt% or less, % ≪ / RTI >
상술한 석유계 중유의 예시적인 성상은 하기 표 4와 같다.Exemplary constructions of the above-described petroleum heavy oil are shown in Table 4 below.
중유 블렌드의 제조Manufacture of heavy oil blends
본 구체예에 따르면, 캐슈넛 쉘 오일을 이용하여 제조된 바이오중유를 석유계 중유에 첨가하여 혼합함으로써 중유 블렌드를 제조한다. 이와 관련하여, 바이오중유의 첨가량은, 석유계 중유 기준으로, 약 10 내지 30 중량%, 구체적으로 약 15 내지 25 중량%, 보다 구체적으로 약 17 내지 22 중량% 범위이다. 이때, 용이한 혼합을 위하여 교반기를 이용하여 블렌딩할 수 있다.According to this specific example, a heavy oil blend is prepared by adding and mixing biofuel heavy oil produced using cashew nut shell oil to petroleum heavy oil. In this connection, the addition amount of biofuel is in the range of about 10 to 30% by weight, specifically about 15 to 25% by weight, more specifically about 17 to 22% by weight, based on petroleum heavy oil. At this time, blending can be performed using an agitator for easy mixing.
주목할 점은 바이오중유를 첨가하여 제조된 중유 블렌드는 석유계 중유에 비하여 적어도 약 15 mm2/s, 구체적으로 약 20 mm2/s, 보다 구체적으로 약 25 mm2/s 감소된 점도를 갖는다는 것이다. 또한, 상온에서 육안 관찰 시 예를 들면 약 5일, 구체적으로 약 10일, 보다 구체적으로 약 20일이 경과해도 중유 블렌드의 층 분리 현상은 일어나지 않는다. 이와 함께, 본 구체예에 따른 바이오중유가 갖는 개선된 성상을 저품질의 석유계 중유에 도입하여 연료유 고유의 성상을 개선할 수 있다.It should be noted that the heavy oil blend produced by adding the biofuel feedstock has a viscosity of at least about 15 mm2 / s, specifically about 20 mm2 / s, more specifically about 25 mm2 / s reduced compared to petroleum heavy oil. Further, even when about 5 days, specifically about 10 days, more specifically about 20 days, for example, at the room temperature is observed, the layer separation phenomenon of the heavy oil blend does not occur. In addition, it is possible to improve the inherent properties of the fuel oil by introducing the improved properties of the biofuel heavy oil according to the present embodiment into the petroleum heavy oil of low quality.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the present invention is not limited thereto.
실시예 1Example 1
삭슬렛(sohxlet) 장치내에에서 헥산을 이용하여 천연 캐슈넛 쉘 오일을 추출하였는 바, 이의 주요 구성성분 및 함량을 하기 표 5에 나타내었다.Natural cashew nut shell oil was extracted with hexane in a soxlet apparatus, and its major components and contents are shown in Table 5 below.
이와 별도로, 동식물성 지방산 원료로서 시판 중인 팜유를 준비하였는 바, 이에 함유된 지방산의 종류 및 함량을 하기 표 6에 나타내었다.Separately, commercially available palm oil was prepared as the vegetable fatty acid raw material, and the types and contents of the fatty acids contained in the palm oil are shown in Table 6 below.
캐슈넛 쉘 오일 및 팜유 각각을 저장한 원료 탱크로부터 캐슈넛 쉘 오일 및 팜유를 75 : 25(중량 기준)의 비율로 반응조로 이송하여 혼합 바이오매스-유래 공급원료를 형성하였다. 이와 별도로, 약품조 내에 저장된 촉매-함유 알코올계 반응물을 반응조로 이송하여 투입하였다. 이때, 촉매-함유 알코올계 반응물은 혼합 바이오매스-유래 공급원료 기준으로, 메탄올 8.5 중량%, 아세톤 0.1 중량%, 촉매로서 황산 0.2 중량%, 및 응집제 0.1중량%로 이루어졌다.Cashew nut shell oil and palm oil were transferred to the reaction tank at a ratio of 75: 25 (by weight) from the raw material tank storing each of the cashew nut shell oil and palm oil to form a mixed biomass-derived feedstock. Separately, the catalyst-containing alcohol-based reactant stored in the chemical tank was transferred to the reaction tank. At this time, the catalyst-containing alcohol-based reactant was composed of 8.5% by weight of methanol, 0.1% by weight of acetone, 0.2% by weight of sulfuric acid as a catalyst, and 0.1% by weight of a flocculant based on the mixed biomass-derived feedstock.
그 다음, 반응조 내 온도를 90 ℃에서 1시간 동안 교반 하에서 혼합 바이오매스-유래 공급원료와 촉매-함유 알코올계 반응물을 반응시켰다. 이후, 반응 생성물을 침전조로 이송하여 24 시간에 걸쳐 침전 또는 정치시켜 상층액 및 하층액의 분리를 확인하였다. 이때, 하층액은 전체 반응 생성물 중 10 중량% 수준이었다.Then, the mixed biomass-derived feedstock and the catalyst-containing alcohol-based reactant were reacted under stirring at 90 DEG C for 1 hour. Thereafter, the reaction product was transferred to a settling tank and precipitated or allowed to stand over 24 hours to confirm the separation of the supernatant and the supernatant. At this time, the lower layer liquid was 10% by weight of the total reaction products.
그 다음, 침전조의 상층액은 진공탱크로 이송하는 한편, 하층액은 슬러지 탱크로 이송시킨 후에 폐기하였다. 진공탱크 내에서 상층액 내에 함유된 수분 및 잔류 유기용매를 제거하고, 여과기를 이용하여 고형 불순물을 제거한 다음, 최종적으로 바이오중유로 회수하였다.Subsequently, the supernatant of the settling tank was transferred to the vacuum tank while the submerged liquid was transferred to the sludge tank and then discarded. The water and residual organic solvent contained in the supernatant were removed from the vacuum tank, solid impurities were removed using a filter, and finally the biofluid was recovered.
비교예 1Comparative Example 1
캐슈넛 쉘 오일만을 사용한 바이오매스-유래 공급원료를 이용하여 바이오중유를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 바이오중유를 제조하였다.A biofuel feedstock was prepared in the same manner as in Example 1, except that the biofuel feedstock was prepared using biomass-derived feedstock using only cashew nut shell oil.
중유 규격을 비롯하여 실시예 1 및 비교예 1 각각에 따라 제조된 바이오중유의 물성을 하기 표 7에 나타내었다.Table 7 shows physical properties of bioheavy oil produced according to Example 1 and Comparative Example 1, including heavy oil standards.
(mg/kg) alkali
(mg / kg)
상기 표에 따르면, 비교예 1에 따른 바이오중유는 중유 규격 대부분을 충족하였으나, 요오드가는 규격을 현저히 초과하였다. 이는 캐슈넛 쉘 오일 내에 함유된 주성분인 페놀계 화합물에 연결된 지방족 탄화수소 내에 이중 결합이 상당수 함유되어 있기 때문으로 판단된다. 반면, 실시예 1의 경우, 중유 규격 모두 충족함을 확인할 수 있는 바, 특히 캐슈넛 쉘 오일 단독으로부터 제조된 바이오중유에 비하여 현저히 낮은 요오드가를 나타내는 점은 주목할 만하다. According to the above table, the biofuel oil according to Comparative Example 1 satisfied most of the heavy oil specifications, but significantly exceeded the iodine standard. This is presumably because the aliphatic hydrocarbon connected to the phenolic compound, which is the main component contained in the cashew nut shell oil, contains a large number of double bonds. On the other hand, in the case of Example 1, it can be confirmed that all heavy oil standards are satisfied, and it is noteworthy that iodine value is remarkably lower than that of bio-heavy oil produced from cashew nut shell oil alone.
실시예 2 및 비교예 2Example 2 and Comparative Example 2
본 실시예에서는 캐슈넛 쉘 오일과 함께 사용되는 동식물성 지방산으로서 분자 내에 이중결합의 함량이 상대적으로 높은 해바라기씨유를 사용하였다. 해바라기씨유는 리놀레산(2개의 이중결합 함유)의 함량이 약 71%이었다. 따라서, 실시예 1 및 비교예 1의 결과를 고려할 때, 이를 캐슈넛 쉘 오일과 함께 사용한다 해도 높은 요오드가를 나타낼 것으로 예상되었다.In this example, sunflower seed oil having a relatively high double bond content in the molecule was used as the vegetable fatty acid used together with cashew nut shell oil. The content of linoleic acid (containing two double bonds) in sunflower seed oil was about 71%. Therefore, considering the results of Example 1 and Comparative Example 1, it was expected that even when used with cashew nut shell oil, high iodine value would be exhibited.
상기의 점을 고려하여, 본 실시예에서는 동식물성 지방산 원료에 대한 수첨 처리를 별도로 수행한 후에 캐슈넛 쉘 오일과 조합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 바이오중유를 제조하였다. 이때, 해바라기씨유에 대한 사전 수첨처리는 NiMo/ZrO2 촉매를 이용하여 수행하였다. 수첨 반응은 200℃, 수소 압력 20 bar, 공간속도(WHSV) 0.5 hr-1 및 GOR 1000 Nm3/m3의 반응 조건 하에서 수행하여, 이중결합을 선택적으로 제거하였으며, 분석 결과 수첨처리된 해바라기씨유에 함유된 이중결합은 실질적으로 존재하지 않았다. In view of the above points, in this example, bio-heavy oil was prepared in the same manner as in Example 1, except that the vegetable fatty acid raw material was separately subjected to hydrogenation treatment and then combined with cashew nut shell oil. At this time, prehydrogenation of sunflower seed oil was performed using NiMo / ZrO 2 catalyst. The hydrogenation reaction was carried out under the reaction conditions of 200 ° C., hydrogen pressure of 20 bar, space velocity (WHSV) of 0.5 hr -1 and GOR of 1000 Nm 3 / m 3 to selectively remove the double bonds. The double bond contained in the oil was substantially absent.
제조된 바이오중류의 물성을 분석한 결과, 해바라기씨유를 수첨처리한 경우의 바이오중유(실시예 2)의 요오드가는 77.2g/100g인 반면, 수첨처리 없이 사용한 경우의 바이오중유(비교예 2)의 요오드가는 230.2g/100g이었다.As a result of analyzing the physical properties of the produced biomass, the iodine value of bio-heavy oil (Example 2) in case of hydrolyzing sunflower seed oil was 77.2 g / 100 g, while the bio-heavy oil (Comparative Example 2) Of iodine was 230.2 g / 100 g.
상술한 결과를 고려하면, 이중결합을 다수 함유하여 캐슈넛 쉘 오일과 함께 조합되는 동식물성 지방산 원료로 적합하지 않는 원료 역시 사전에 수첨 처리함으로써 유효하게 적용할 수 있음을 확인하였다. Considering the above results, it has been confirmed that a raw material which contains a large number of double bonds and is not suitable as a raw material of the vegetable fatty acid to be combined with cashew nut shell oil can also be effectively applied by hydroentanglement in advance.
비교예 3Comparative Example 3
바이오매스-유래 공급원료 내 동식물성 지방산 원료의 첨가량이 바이오중유의 성상에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 캐슈넛 쉘 오일 및 팜유를 90 : 10(중량 기준)의 비율로 반응조로 이송하여 혼합 바이오매스-유래 공급원료를 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 바이오중유를 제조하였다. 제조된 바이오중류의 물성을 분석한 결과, 요오드가는 107.8g/100g이었다. In order to confirm the effect of the addition amount of the vegetable fatty acid raw material in the biomass-derived feedstock on the properties of the biofuel, cashew nut shell oil and palm oil were transferred to the reaction tank at a ratio of 90:10 (by weight) And the resulting feedstock was formed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. As a result of analyzing the physical properties of the produced biosynthetic stream, the iodine value was found to be 107.8 g / 100 g.
상기 결과를 고려하면, 캐슈넛 쉘 오일과 함께 동식물성 지방산 원료가 소정 량 이상 혼입되지 않을 경우, 캐슈넛 쉘 오일에 의한 요오드가 상승으로 인하여 바이오중유의 규격을 충족하기 곤란하거나, 성상 개선에 한계가 있을 것으로 판단된다. Considering the above results, when the vegetable fatty acid raw material is not mixed with the cashew nut shell oil in a predetermined amount or more, it is difficult to meet the specification of bioheavy oil due to the rise of iodine by the cashew nut shell oil, .
실시예 3Example 3
교반기가 구비된 믹서를 자체 제작하여 표 4에 나타낸 성상을 갖는 석유계 유분 100g을 첨가하였고, 50℃에서 교반하면서(교반 속도: 100 rpm) 실시예 2에 따라 제조된 바이오중유 15g을 첨가하고, 1 시간 동안 교반하면서 혼합함으로써 중유 블렌드를 제조하였다.100 g of petroleum oil having the properties shown in Table 4 were added and 15 g of the biofuel oil prepared according to Example 2 was added thereto while stirring at 50 DEG C (stirring rate: 100 rpm) Lt; / RTI > for 1 hour to prepare a heavy oil blend.
상기 제조된 중유 블렌드의 점도를 ASTM D445에 따라 측정하였다. 측정 결과, 중유 블렌드의 점도는 62.8 mm2/s이었는 바, 이는 석유계 중유의 점도에 비하여 27.2 mm2/s 감소된 수준이었다. The viscosity of the heavy oil blend prepared above was measured according to ASTM D445. As a result, the viscosity of the heavy oil blend was 62.8 mm2 / s, which was 27.2 mm2 / s lower than that of petroleum heavy oil.
상술한 결과를 고려하면, 캐슈넛 쉘 오일을 이용한 바이오중유를 첨가함으로써 석유계 중유에 비하여 점도 특성이 개선됨을 알 수 있다. 또한, 상온에서 중유 블렌드를 육안 관찰할 경우, 10일 경과 후에도 층 분리 현상은 일어나지 않았다. Considering the above results, it can be seen that the addition of biofuel heavy oil using cashew nut shell oil improves viscosity characteristics compared with petroleum heavy oil. Further, when the heavy oil blend was visually observed at room temperature, the layer separation phenomenon did not occur even after lapse of 10 days.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로, 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.
Claims (4)
0.9 내지 1.2의 비중을 갖는 석유계 중유에 상기 바이오중유를 석유계 중유 기준으로 10 내지 30 중량%의 량으로 첨가하여 혼합하는 단계;
를 포함하는 중유 블렌드의 제조방법으로서,
여기서, 상기 석유계 중유는 5 내지 20 중량%의 아스팔텐의 함량, 최대 7 중량%의 황 함량(ASTM D4294), 70 내지 1300 mm2/s의 점도(ASTM D445), 적어도 30℃의 인화점(ASTM D92), 그리고 최대 30℃의 유동점(ASTM D97)을 갖고,
상기 바이오중유를 제조하는 단계는,
a) 캐슈넛 쉘 오일 60 내지 85 중량% 및 동식물성 지방산 원료 40 내지 15 중량%를 포함하는 혼합물 형태의 바이오매스-유래 공급원료를 제공하는 단계;
b) 상기 바이오매스-유래 공급원료를 반응조에 투입하고, 이와 별도로 상기 바이오매스-유래 공급원료를 약품조로부터 반응조로 공급된 촉매-함유 알코올계 반응물과 70 내지 90℃의 온도에서 0.8 내지 2 시간 동안 교반 하에 반응시키는 단계;
c) 상기 단계 b)로부터 얻어진 반응 생성물을 침전조로 이송하여 적어도 15 시간에 걸쳐 침전시키는 방식으로 바이오중유를 포함하는 상층액 및 불순물의 응집물을 함유하는 하층액으로 층 분리하는 단계;
d) 상기 침전조로부터 하층액을 분리하여 슬러지 탱크로 이송하여 처리하는 한편, 상기 상층액을 진공 탱크로 이송하여 상층액 내 수분 및 잔류 용매를 제거하여 정제하는 단계; 및
e) 상기 단계 d)에서 정제된 상층액을 바이오중유로서 회수하는 단계;
를 포함하며,
상기 단계 a)에 앞서 동식물성 지방산 원료를 수첨 처리하는 단계를 수행하고, 이때 상기 수첨처리 단계는 수소화 금속으로서 Pt, Pd, Ni, Fe, Cu, Cr, V, Co, Mo 및 W로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나, 그리고 무기산화물 지지체로서 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 지르코니아, 세리아, 티타니아 및 제올라이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 수소화 촉매의 존재 하에서 수행되며, 그리고 상기 수첨처리 단계는 150 내지 350℃의 반응온도, 5 내지 180 bar의 수소 압력 및 10 내지 5000 Nm3/m3의 GOR(H2/feed ratio)에서 수행되며,
상기 수첨 처리된 동식물성 지방산 원료는 분자 내 이중결합의 수가 1 이하인 탄소수 8 내지 24의 지방산 또는 이의 혼합물을 적어도 50 중량% 함유하고, 촉매-함유 알코올계 반응물은 상기 바이오매스-유래 공급원료 100 중량부를 기준으로 탄소수 1 내지 3의 저급 알코올 7 내지 9 중량부, 산 촉매 0.1 내지 1 중량부, 및 응집제 0.05 내지 0.5 중량부를 포함하며,
상기 바이오중유는 최대 100 g/100g의 요오드가를 갖고, 그리고
상기 중유 블렌드는 상기 석유계 중유에 비하여 적어도 15 mm2/s 감소된 점도를 갖는 중유 블렌드의 제조방법.Producing biofuel heavy oil using cashew nut shell oil; And
Adding the biofuel heavy oil to petroleum heavy oil having a specific gravity of 0.9 to 1.2 in an amount of 10 to 30% by weight based on petroleum heavy oil;
A method for producing a heavy oil blend,
(ASTM D4294), a viscosity of 70 to 1300 mm2 / s (ASTM D445), a flash point of at least 30 DEG C (ASTM D445) D92), and a pour point of up to 30 DEG C (ASTM D97)
Wherein the step of preparing the biofuel feedstock comprises:
a) providing a biomass-derived feedstock in the form of a mixture comprising 60 to 85% by weight of a cashew nut shell oil and 40 to 15% by weight of said vegetable fatty acid feedstock;
b) introducing the biomass-derived feedstock into the reaction vessel and separating the biomass-derived feedstock from the catalyst-containing alcohol-based reactant fed into the reaction tank from the chemical bath at a temperature of 70 to 90 DEG C for 0.8 to 2 hours Lt; / RTI > under stirring;
c) separating the reaction product obtained from the step b) into a sedimentation tank and precipitating the precipitate over at least 15 hours into a supernatant containing biofluid and an aggregate of impurities;
d) separating the lower layer liquid from the settling tank and transferring the lower layer liquid to the sludge tank, and transferring the upper layer liquid to a vacuum tank to remove water and remaining solvent in the upper layer liquid and purifying the same; And
e) recovering the supernatant purified in step d) as biofuel;
/ RTI >
Wherein the hydrogenation step comprises the step of hydrotreating the vegetable fatty acid raw material prior to step a), wherein the hydrogenation step comprises the steps of: And at least one selected from the group consisting of alumina, silica, silica-alumina, zirconia, ceria, titania and zeolite as the inorganic oxide support, and the hydrotreating step Is carried out at a reaction temperature of 150 to 350 DEG C, a hydrogen pressure of 5 to 180 bar and a GH (H 2 / feed ratio) of 10 to 5000 Nm 3 / m 3 ,
The hydrogenated plant-derived fatty acid raw material contains at least 50 wt% of a fatty acid having 8-24 carbon atoms in the molecule and 8-24 carbon atoms having a double bond or a mixture thereof and the catalyst-containing alcohol-based reactant contains 100 wt% of the biomass- 7 to 9 parts by weight of a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms, 0.1 to 1 part by weight of an acid catalyst, and 0.05 to 0.5 part by weight of a flocculant,
The biofuel has up to 100 g / 100 g of iodine value, and
Wherein the heavy oil blend has a reduced viscosity of at least 15 mm < 2 > / s compared to the petroleum heavy oil.
상기 아세톤의 함량은 바이오매스-유래 공급원료 100 중량부를 기준으로 0.05 내지 0.5 중량부 범위인 것을 특징으로 하는 중유 블렌드의 제조방법. 3. The process of claim 2 wherein the catalyst-containing alcohol-based reactant further comprises acetone,
Wherein the acetone content is in the range of 0.05 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the biomass-derived feedstock.
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101247612B1 (en) | 2011-07-11 | 2013-04-04 | (주)에스엠피오티 | Homogeneous catalyst for preparing bio-diesel from high acid value bio-oils |
KR101778056B1 (en) * | 2017-01-02 | 2017-09-18 | 류인재 | Bio oil manufacturing method using by Cashew Nuts Shell Liguid |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101247612B1 (en) | 2011-07-11 | 2013-04-04 | (주)에스엠피오티 | Homogeneous catalyst for preparing bio-diesel from high acid value bio-oils |
KR101778056B1 (en) * | 2017-01-02 | 2017-09-18 | 류인재 | Bio oil manufacturing method using by Cashew Nuts Shell Liguid |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220150681A (en) * | 2021-05-04 | 2022-11-11 | 서영주 | Cashew nutshell oil degumming method and degumming device |
KR102628124B1 (en) | 2021-05-04 | 2024-01-25 | 서영주 | Cashew nutshell oil degumming method and degumming device |
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